L'EQUILIBRIO CHIMICO

Nella vita quotidiana abbiamo a che fare continuamente con un numero enorme di reazioni chimiche. Alcune di queste reazioni possiamo vederle avvenire sotto i nostri occhi e possiamo renderci conto di quanto avvengano velocemente e se siano o no irreversibili, mentre per altre è un po' più difficile.

phone charger match explosion

La reazione chimica grazie alla quale ricarichiamo la batteria del nostro cellulare avviene lentamente ed è reversibile (avvenendo al contrario fornirà energia elettrica anziché assorbirla). Il fiammifero brucia con una reazione irreversibile che avviene in modo relativamente lento, mentre nell'esplosione di una bomba i reagenti (di solito solidi) si trasformano in una enorme quantità di gas ad alta temperatura in pochi millesimi di secondo.

In generale una reazione irreversibile si può rappresentare in questo modo:

Reagenti => Prodotti (o, per essere più precisi) aA + bB => cC + dD

mentre una reazione reversibile si rappresenterà

Reagenti <=> Prodotti (o, per essere più precisi) aA + bB <=> cC + dD

Dove: A, B, C e D rappresentano delle generiche sostanze (A e B reagenti, C e D prodotti) e a, b, c e d i loro coefficienti stechiometrici .

In questo secondo caso non è detto che tutti i reagenti si trasformino in prodotti. Ad un certo punto la velocità con cui avviene la reazione inversa, cioè i prodotti C e D che si "ritrasformano" nei reagenti A e B, eguaglerà la reazione diretta (A e B che si trasformano in C e D).

Per capire di cosa stiamo parlando provate a pensare a questo esempio:


prom

Immaginate un ballo studentesco degli anni '50. Per movimentare la serata il disc jockey (forse non esistevano i disc jockey negli anni '50..) mette su un gioco per cui le coppie, una alla volta si "scoppiano" e il ragazzo e la ragazza devono cercarsi un altro ballerino. All'inizio quando solo poche coppie si saranno divise, sarà difficile trovare qualcuno libero con cui ballare nel grande salone affollato. In questa prima fase il numero di coppie che stanno ballando diminuirà sensibilmente, mentre aumenterà il numero di ragazzi e ragazze da soli che cercano qualcuno con cui ballare. Quando però molte coppie si saranno separate inizieranno ad esserci tante persone "single" e nuove coppie inizieranno a formarsi. Ad un certo punto il numero di coppie che si formano diventerà uguale a quelle che si separano e la situazione nella grande sala da ballo raggiungerà un equilibrio. Ci saranno un certo numero di coppie che ballano da un po' e si stanno per separare, un certo numero di ragazzi e ragazze da soli che cercano qualcuno con cui ballare e un certo numero di coppie appena formate che stanno iniziando a ballare.

Il solito studente secchione (che evidentemente si stava annoiando) prende un po' di appunti e disegna un grafico. Nel momento in cui inizia il gioco le coppie iniziano a diminuire i i single ad aumentare fino a che la cosa si stabilizza.
Ma che succede se i ragazzi di quella scuola sono tutti molto timidi?
Via via che le coppie si separano aumenta il numero di single, ma solo pochi di questi hanno il "coraggio" di chiedere di ballare a qualcuno. In questo caso i ragazzi e le ragazze da soli sono molti di più delle coppie che ballano. Bene se adesso chiamate le coppie che ballano "reagenti" e i ragazzi e la ragazze da soli "prodotti", avete già capito in cosa consiste l'equilibrio nelle rezioni chimiche. Nel secondo caso l'equilibrio è maggiormente spostato verso i prodotti


Ballerini "normali"


Ballerini "molto timidi"

SOSTITUIAMO AI BALLERINI ATOMI E MOLECOLE

Vediamo un il caso di una reale reazione chimica:

Lo ioduro di idrogeno HI in fase gassosa si scinde in molecole di idrogeno H2 e di Iodio I2

la reazione bilanciata è la seguente 2HI <=> H2 + I2

Mettendo dello ioduro di idrogeno gassoso in un contenitore esso inizierà a scomporsi formando molecole di iodio e idrogeno. All'inizio la concentrazione di idrogeno e iodio sarà bassissima nel contenitore, ma via via che nuove molecole di questi due elementi si formeranno diventerà sempre più probabile che esse si incontrino per formare nuovamente ioduro di idrogeno.
Quando la concentrazione di ioduro di idrogeno, idrogeno e iodio smetteranno di variare la razione avrà raggiunto l'equilibrio. Questo non vuol dire che la reazione non sta più avvenendo, ma che semplicemente la reazione diretta (ioduro di idrogeno che si scinde in idrogeno e iodio) procede alla stessa velocità della reazione inversa (molecole di iodio e idrogeno che si fondono insieme per dare ioduro di idrogeno)

 

 

 

 

 

Un matematico e un chimico (Cato Guldberg e Peter Waage) lavorando insieme, scoprirono che una volta raggiunto l'equilibrio si stabiliva un rapporto costante tra la concentrazione dei prodotti e quella dei reagenti. In particolare per la reazione:

esso è

Questa ed altre osservazioni hanno portato ad enunciare una legge della chimica, la legge di azione di massa. In generale per la reazione:

la costante di equilibrio Keq è data da:

Ecco l'enunciato

LEGGE DI AZIONE DI MASSA

In un sistema chimico all'equilibrio, a una data temperatura e a una data pressione, il rapporto fra il prodotto delle concentrazioni molari dei prodotti e il prodotto delle concentrazioni molari dei reagenti, ciascuna elevata al proprio coefficiente stechiometrico, è costante.


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